Los Microorganismos en la formación del Humus
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Universidad Arturo Prat Depto. de Agricultura y Zonas Áridas Ingeniería de Ejecución Agrícola Práctica: “Los Microorganismos en la Formación del Humus” Alumno: Ricardo Guerrero Q. Profesor: Pamela Donoso O. Asignatura: Edafología En Arica, 20 de Abril de 2012
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Universidad Arturo Prat Depto. de Agricultura y Zonas Áridas Ingeniería de Ejecución Agrícola
Práctica:
“Los Microorganismos en
la Formación del Humus”
Alumno: Ricardo Guerrero Q. Profesor: Pamela Donoso O. Asignatura: Edafología
En Arica, 20 de Abril de 2012
Página 2
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN .…............................................................................. Pág.4
2. OBJETIVO GRAL. ...………………………………………………………. Pág.5
3. OBJETIVO ESPECIFÍCO ...................................................................... Pág.5
4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ……………………………………………... Pág.6
4.1 DEFINICIÓN DE HUMUS .................................................................... Pág.6
4.2 TEORÍA DE FORMACIÓN .................................................................. Pág.6
4.3.1 HUMIFICACIÓN …………………………………………………...…… Pág.7
4.3.2 MINERALIZACIÓN DEL N2 ORGÁNICO ……………………………. Pág.7
4.2.3 NITRIFICACIÓN ………………………………………………………….Pág.7
4.2.3.1 NITRIFICACIÓN QUIMIOAUTOTRÓFICA ………………………….Pág.7
4.2.3.2 NITRIFICACIÓN HETEROTRÓFICA ………………………………. Pág.8
4.3.3 ASIMILACIÓN DEL NITRÓGENO …………………………………... Pág.8
4.3.4 DESNITRIFICACIÓN …………………………………………………... Pág.8
4.3.4.1 ORGANISMOS DESNITRIFICANTES …………………………….. Pág.8
4.3.5 FIJACIÓN DEL NITRÓGENO …………………………………………. Pág.9
4.3.5.1 FIJACIÓN BIOLÓGICA: LOS MICROORGANISMOS …………... Pág.9
4.3.6 CARBONO ORGÁNICO ……………………………………………….. Pág.9
4.3.6.1 DESCOMPOSICION Y MINERALIZACIÓN ………………............. Pág.9
4.3.7 POLIMERIZACIÓN EN EL SUELO ................................................ Pág.10
4.3.8 FRACCIONAMIENTO ..................................................................... Pág.10
5. DISCUSIÓN .......................................................................................... Pág.12
6. CONCLUSIÓN ...................................................................................... Pág.13
7. BIBLIOGRÁFIA ..................................................................................... Pág.14
Página 3
ÍNDICE DE FIGURAS Y CUADROS
Cuadro 1: “Teoría de formación del humus” .................................................... Pág.6
Cuadro 2: “Cargas de humus” ....................................................................... Pág.10
Cuadro 3: “Síntesis del ácido húmico ............................................................ Pág.11
Página 4
1. INTRODUCCIÓN
Cuando se suele hablar de humus, automáticamente se relaciona con lombrices y
se alude a una agricultura orgánica, nativa o primitiva. Estas afirmaciones en si
son verídicas, pero carecen de argumentos.
Existen un sinfín de procesos que forman el ya mencionado “Humus”, quizás no le
tomamos el debido peso, pero los microorganismos juegan un papel fundamental
en su transformación, porque así lo recalca su función, es “La transformación de
los materiales orgánicos del suelo”, que viene de la “Humificación”.
No solamente las lombrices descomponen sino también los hongos e infinidades
de bacterias. Quizás el clímax sea la participación de estos microorganismos en la
formación, pero además plantearé la importancia del Nitrógeno y su directa
relación con este proceso. No obstante, con todos los antecedentes que
presentaré, podremos observar detenidamente la magnífica armonía entre los
seres vivos e inertes, ese último término tendrá un enfoque totalmente distinto.
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2. OBJETIVO GENERAL
El humus no solamente debe ser considerado un abono, sino más bien parte de la
estructura de un suelo, en efecto solamente se sabe las funciones básicas y nada
más, es por esta razón que los invito a tomar en cuenta las consideraciones que
manifestaré. Los procesos cíclicos y la interacción con los demás elementos.
3. OBJETIVO ESPECÍFICO
La importancia de los ácidos húmicos, en nuestro entorno es fundamental para la
participación de otros subprocesos o anexos. La correlación con el nitrógeno y el
carbono, donde hongos, bacterias, cianobacterias demuestran comportamientos
con el entorno biótico y abiótico.
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4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
4.1 DEFINICIÓN DE HUMUS
En la antigua Grecia inician el Humus. Principalmente eran restos vegetales y
animales en contacto con el suelo, se le atribuía gran importancia desde el punto
de vista de la fertilidad (Teofastro 372-287 A.C.).
Puede ser considerado un estado de descomposición de la materia orgánica,
fracción más ambigua y menos claramente definida. Desde un punto de vista
microbiano es una porción amorfa y coloidal alterada, así como relativamente
estable, de la materia orgánica del suelo.
4.2 TEORÍA DE FORMACIÓN
El humus se forma a partir de la condensación de compuestos fenólicos y aminos
derivados de la descomposición de la materia orgánica.
Está teoría basada en el polifenol, la lignina se degrada formando polifenoles
(Catecol), lo más probable es que las produzcan enzimas, las cuales a su vez se
oxidan formando quinonas, estas últimas reaccionan con los compuestos aminos y
aminoácidos que forman polímeros nitrogenados, estos se combinan para formar
polímeros aún más grandes.
Diagrama representativo:
NH2 | CH2 - COOH
Catecol
Quinona NH | CH2 - COOH
OH || OH |
O || O ||
O || O ||
Cuadro 1: Teoría de formación del Humus
Fuente: Pouland Clark, 1996
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4.3 HUMIFICACIÓN
Proceso en el cual se sintetiza productos de la descomposición orgánica ya sea
total o parcial de los restos vegetales o animales por los microorganismos del
suelo. El cual produce un enriquecimiento de Nitrógeno, existiendo un equilibrio
dinámico, ya que se introduce materia orgánica y al mismo tiempo se endoxida.
4.3.1 MINERALIZACIÓN DEL NITRÓGENO ORGÁNICO
Esto implica la descomposición orgánica para liberar NH4+, su producción lo sitúa
entre 1 y 20 ppm de N2 al día, representando el 4% total de liberación para el
aprovechamiento de las plantas. En la mineralización las macromoléculas se
descomponen en subunidades, las cuales forman iones individuales, las enzimas y
las actividades microbianas de especies distintas trabajan unidamente. Un ejemplo
de esto es la descomposición de nucleótidos cuyo resultado es la Urea. Es
mineralizada por la enzima ureasa, que suele encontrase en las bacterias del
suelo. Las bacterias degradantes de urea son representadas con un 32% - 69% y
los hongos entre un 58% y un 100% de su población total.
El NH4+ una vez asimilado por las plantas, es inmovilizado por la arcilla y es
incorporado a los materiales Húmicos ya sea volatilizado y oxidado.
4.3.2 NITRIFICACIÓN
La nitrificación es la oxidación microbiana del NH4+ para formar NO2- y NO3--. Es
un proceso acidificante que tiene lugar en el suelo, NH4+ se pierde en forma de
óxido nitroso, y óxido nítrico. Existiendo dos tipos de nitrificación la
quimioautotrófica y la heterótrofa que a continuación explico.
4.3.2.1 NITRIFICACIÓN QUIMIOAUTOTRÓFICAS
Las bacterias implicadas pertenecen a la familia Nitrobacteriaceae, la existencia se
debe a la oxidación de NH4+ o el NO2- para obtener NO2- y NO3- respectivamente.
Las bacterias ganan Carbono mediante la fijación de CO2 o el HCO3- utilizando el
famoso ciclo de Calvin. La desventaja es su lento ritmo de crecimiento. Existen
dos tipos:
Las bacterias oxidantes de Amonio: Nitrosomonas, Nitrosolobus, Nitrospira,
Nitrosococcus. Las bacterias oxidantes de Nitrito: Nitrobacter, nitrococcus,
Nitrospina.
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4.3.2.2 NITRIFICACIÓN HETEROTRÓFICA
La obtención es a la inversa de la quimioautotrófica, constituye la mitad de la
nitrificación, de suelos ácidos, sus organismos suelen ser hongos: Aspergillus y
Penicillium. Bacterias: Streptomyces y Pseudomonas. Particularmente generan
Nitrógeno orgánico.
4.3.3 ASIMILACIÓN DEL NITRÓGENO
Es la incorporación del N2 inorgánico a N2 orgánico por parte de los
microorganismos del suelo. Existiendo dos maneras las cuales el NH4+ es
asimilado por los microorganismos. Primera ruta es a través de la catálisis de la
enzima glutamato dehidrogenosa. La segunda ruta o vía es la asimilación de
glutamina y luego en glutamato, este nitrógeno incorporado es transferido y forma
aminoácidos.
Muchos hongos y bacterias asimilan el N2 inorgánico forma de NO3-, una enzima
llamada reductosa reduce el NO3- a NO2-, como resultado el NH4+.
Esto depende fundamentalmente de la relación C: N que en el caso del Humus es
de 10:12.
4.3.4 DESNITRIFICACIÓN
Proceso que los óxidos de Nitrógeno, el NO3- y NO2, se usan como aceptores
terminales de electrones en ausencia de O2, reduciéndose para formar gases de
dinitrógeno durante su metabolismo respiratorio. Se esquematiza:
Desnitrificación = ¿ganancias? - ¿pérdidas?
Una estimación de la acción desnitrificadora ha contribuido a la pérdida del
nitrógeno del suelo que puede ser del 20 al 30% (Tiedje, 1998)
El nitrato es absorbido por las plantas, se acumula en terrenos baldíos, se lixivia o
se pierde por la escorrentía del suelo, este se convierte en amonio.
4.3.4.1 ORGANISMOS DESNITRIFICANTES
Se vincula directamente con las bacterias, fundamentalmente heterótrofas, son
anaeróbicos técnicamente facultativos, se adaptan fácilmente en un medio
aeróbico. La especie característica es Pseudomonas capacitadas para
desarrollarse en muchos sustratos, el Bacillus desnitrifica en suelos ácido.
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4.3.5 FIJACIÓN DEL NITROGENO
Este elemento es el macronutriente más importante en los ciclos naturales de la
tierra. Los procesos que lo aportan en su mayoría son los sistemas biológicos,
fijación simbiótica y asimbiótica. Por lo general el Nitrógeno está en la superficie
terrestre, como en las rocas, minerales representando el 98% total del elemento.
Se necesita gran cantidad de energía para romper los triples enlaces que lo
fortalecen. El medio abiótico le proporciona dicha energía cuando se libera en
forma de relámpagos, pero su fijación es tardía.
4.3.5.1 FIJACIÓN BIOLÓGICA: LOS MICROORGANISMOS
Las leguminosas aportan, pero en 1888, el Rhizobium, Clostridium ambas
bacterias son organismos fijadores del elemento. Ya sea en su medio aeróbico o
anaeróbico, simbiótico o asimbiótico. Organismos procariontes y las
cianobacterias se encargan de fijarlo en forma certera. La simbiosis con la
rizosfera no es suficiente.
4.3.6 CARBONO ORGÁNICO
Los microorganismos en el suelo son la fuerza motriz que subyace en el ciclo de
carbono. Es el impulsador de casi todas las reacciones que se producen en los
ciclos de los nutrientes, como el azufre, nitrógeno, fosforo.
La teoría de teoría de la infalibilidad microbiana, propone que cualquier compuesto
orgánico biológicamente sintetizado son descompuestos por los microorganismos
del suelo.
Los contenidos de celulosas, hemicelulosas y lignina en contacto permanente con
el suelo hacen que se aumenten profusamente, de lo contrario pasa con los
lípidos, azucares simples y aminoácidos que disminuye su contenido. Cualquier
factor abiótico que interviene en los microorganismos influye en la descomposición
del Carbono Orgánico.
4.3.6.1 DESCOMPOSICION Y MINERALIZACIÓN
Las enzimas encargadas de la descomposición en la celulosa, son las llamadas
celulasas, las cuales son producidas por muchas bacterias y hongos.
Los hemicelulosas son polímeros de hexosas y pentosas. La lignina por lo tanto
forma parte del metabolismo secundario, se activa por la falta de nitrógeno, azufre
o carbono, las enzimas descomponedoras son las ligninasas, estas y el humus
tienen compuestos aromáticos.
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4.3.7 POLIMERIZACIÓN EN EL SUELO
Los constituyentes principales de la materia orgánica son los ácidos húmico y
fúlvico, la extracción de este recupera variedad de carbohidratos, monosacáridos,
polisacáridos entre otros. Estos constituyen las estabilidad de los agregados,
proporcionan protección, existe simbiosis y patogenidad. Actúan como barrera de
excreción y adquisición de nutrientes. En lo referente a los microorganismos
prestan cierta capacidad de cationes de cambio, también fabrican una suerte de
malla que filtra los nutrientes. Las bacterias como la xanthomonas polimeriza el
20% del carbono, contribuye a la floculación y se une al ácido húmico.
4.3.8 FRACCIONAMIENTO
El humus suele fraccionarse en tres compuestos, siguiendo su extracción del
NaOH: humina, ácido fúlvico y ácido húmico, este último está compuesto por
anillos aromáticos, compuestos cíclicos de nitrógeno y cadenas peptídicas de
estructura indeterminada. El ácido húmico presenta la relación C: N a 57% - 4%.
Existe un incremento en el grupo carboxilo –R- COOH. El humus intercambia con
otros cationes. Los ácidos fúlvico son muchos más ácidos que los húmicos, estos
son absorbidos por la arcilla y por cationes polivalentes como el Ca++ y Fe+++, se
asocian con óxidos hídricos. Su carga es dependiente del pH varía según este.
Cuadro 2: Cargas del humus
Fuente: Brady Casanova
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Cuadro: 3 «Síntesis del ácido húmico»
Desmetilación
Lignina
Metoxifenoles
Degradación Microbiana
Fenoles Intermedios
Mono di y trihiroxifenoles
acido benzoico y otros compuestos
aromáticos
Diversas oxidaciones microbianas
Radicales fenólicos, hidrobenzoquinonas
Oxidación enzimática y
autooxidación
Polimerización
Péptidos y aminoácidos
procedentes de la descomposición de
plantas y miroorganismos
Ácidos, azúcares, compuestos
orgánicos simples
Síntesis microbiana
Células microbianas
NH2 , Co2 , H20Compuestos inorgánicos
Degradación Microbiana
Segmentación de los anillos y
oxidación
Ácido Humico
Fuente: Adaptación de Martin y Haider, 1971
Resumen final del proceso del humus y la interactividad con los
microorganismos.
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5. DISCUSIÓN
Nos consta la cooperación mutua entre los microorganismos y los elementos,
quizás los factores abióticos intervienen en la formación, pero todos los procesos
que conllevan al humus tienen que ver entre sí. En el caso de los hongos la gran
mayoría de ellos están implicados en más de una función, ya se humificación o
nitrificación. Las bacterias lo mismo, una especie por ejemplo bacillus interactúa
de distintas formas. Las enzimas tienen la capacidad de sintetizar procesos
específicos, estos organismos tienen la desventaja de tener un ciclo de
reproducción lento, la descomposición en si es lenta, tardía, en opinión personal el
humus debe estar dentro de la estructura del suelo, debería de considerarse no
solamente como abono, más bien como parte del suelo en sí.
Al no tener relación directa con el pH, acidifica los suelos además tiene la cualidad
de quelación, por lo cual sostiene sus nutrientes en reserva, para ser liberados en
un ambiente propicio. Aunque a veces se confunde con el compost el humus es un
estado de la materia orgánica, sus múltiples cualidades entre ellas la que mejor,
es la capacidad de intercambio catiónico, su carga lo junta a la arcilla que siempre
es neutra, los positivos se atraen y desplazando al sodio o los carbonatos. El
humus, desde casi todos los puntos de vista es útil y excelente. El humus de
lombriz es el más conocido, las lombrices africanas son ocupadas en composteras
donde se alimentan de los residuos de la materia orgánica.
Al descomponerse lentamente, lo reemplazan fertilizantes inorgánicos
prácticamente sistémicos, donde se notan las mejoras a corto plazo, pero estos al
ser altamente solubles, se mezclan rápidamente con los carbonatos, provocando
reacciones químicas, como es el caso del calcio, al haber cloro en el agua forman
aniones.
Actualmente existen productos comerciales a partir de ácidos húmicos, una
marca muy reconocida. Sintetiza compuestos a partir de este.
Tengo un especial interés en procesos como el humus, cada vez me convenzo
que es necesario tenerlo en cuenta en una empresa agrícola.
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6. CONCLUSIÓN
Con todos los antecedentes expuestos, queda claramente demostrado la
participación de los microorganismos en la formación del humus. Traté de enfocar
el tema con los procesos relacionados o alternos a la formación. Pretendo concluir
con un punto de vista simultaneo al informe, porque siempre se desplaza lo
orgánico por lo inorgánico, queda planteada la teoría de formación de que el
proceso total es lento y requiere tiempo. Vivimos en un mundo acelerado donde
todo es rápido. Las grandes empresas o las pequeñas, siempre están contra el
tiempo, el interés de producir siempre está en primer lugar, olvidándonos de
nuestro inicio, de esa agricultura orgánica, donde se abonaba con humus,
compost, residuos de cosechas entre otros. Sabemos muy bien que el suelo es un
recurso natural, pero debe ser considerado como no renovable.
El “equilibro” del ecosistema le permite nutrir moderadamente la capa arable de la
superficie terrestre, con un escaso 4 o 5% de materia orgánica, que en algunos
predios o sectores, la única materia orgánica es el cultivo en sí. Lamentable pero
cierto, escatimando todas las propiedades del humus, no solo es un estado, es
más bien un complejo de materia viva, donde cientos de microorganismos viven
en un espacio, donde los procesos bioquímicos y las reacciones a nivel iónico.
Enzimas catalizadoras, hidrolizan creando una fuente de macro y micro nutrientes
esenciales para la planta, adaptándose fácilmente a cualquier tipo de suelo.
Terminado, no debemos olvidar sus excelentes propiedades y nuestras propias
raíces.
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7. BIBLIOGRAFÍA
Coyne, Mark. 2000. Microbiología del Suelo: Un enfoque exploratorio. Editorial
Paraninfo. Págs. 228 - 299, 362 - 367
Zabaleta - García, Amaro. 1992. Edafología: El suelo en relación con la
producción. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Lima, Perú. Págs. 129 –
137.
Schlegel - G., Hans; Zaborosch, Christiane. 1997. Microbiología General.
Ediciones Omega S.A. Págs. 472 - 474
M. en C. María de Jesús Sánchez. 2004. Microbiología de Suelos: Técnicas, métodos y medios de cultivo. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de estudios superiores Zaragoza. Págs. 10 – 15.
